Современные тенденции развития машиностроения задают всё более жесткие требования к эксплуатационным характеристикам готовой продукции. Основными параметрами, характеризующими качество изделия в целом, являются физико-механические и геометрические показатели рабочих поверхностей составных деталей. Поверхность, полученная в результате механической обработки, в отечественной практике в основном характеризуется весьма ограниченным числом параметров (не более 6), таких как средняя высота микронеровностей, высоты микронеровностей по 10 точкам и др. Однако их применение недостаточно для производства конкурентоспособной продукции в современных условиях. Например, международные стандарты ISO/ASME/DIN включают гораздо более широкий набор параметров, необходимых для точного описания эксплуатационных свойств поверхности. В статье проанализированы подходы к формированию требований к микрогеометрии рабочих поверхностей деталей, используемых в современном машиностроении. На основе проведенного анализа предложен и математически обоснован общий подход к моделированию характеристик текстуры поверхности, который позволяет адекватно описывать поверхность с использованием нового параметра – физического коэффициента профиля, поскольку прямое сравнение технологий, разработанных в России, с иностранными аналогами с опорой на действующие стандарты практически невозможно. Сначала был определен физический коэффициент профиля на секционном уровне. Далее было выполнено его разложение на ряд Фурье для двухмерного и трехмерного случаев. Приведен анализ применимости нового параметра на примере изделия, полученного с помощью хонингования. Сделан вывод о целесообразности применения данного параметра и необходимости разработки комплексной методики оценки поверхности после механической обработки на его основе.

Аддитивные технологии (АТ) очень эффективны для макетирования и быстрого производства, поэтому их применение выгодно для аэрокосмической отрасли. Они позволяют сэкономить средства, а также облегчить конструкции, подходят для комплексного проектирования. Однако на данный момент доступно лишь несколько стандартов аддитивных технологий, требуется много материалов и оборудования, что приводит к возникновению затруднений с сертификацией и внедрением АТ. Нестандартные испытания приводят к тому, что АТ в аэрозольных материалах оказываются менее привлекательными из-за их дороговизны и трудоемкости. Целью работы является изготовление деталей корпуса переключателя военных и гражданских самолетов методом лазерного сплавления порошкового слоя (LPBF) с применением порошка AlSi10Mg. Выявлены физико-химические свойства материала, проведены неразрушающие и разрушающие испытания, а также даны четкие разъяснения процедур сертификации. Сделан упор на необходимости разработки руководств и стандартов, охватывающих все аспекты производства – от проектирования до изготовления и эксплуатации продукта. Комплексный анализ испытаний на проникновение жидкости показывает, что дефекты находятся в пределах допустимого уровня. AlSi10Mg демонстрирует более высокие показатели предела текучести, предела прочности и относительного удлинения, равные (259±4) МПа, (323±4) МПа и (12,5±1,5) % соответственно. Показано, что дисперсионно-твердеющий AlSi10Mg, разработанный и производящийся в Индии, по свойствам не уступает аналогичным дисперсионно-твердеющим алюминиевым сплавам всемирно известных производителей.

Анализ конструкций технологического оборудования при проектировании по температурному критерию является необходимой гарантией обеспечения требуемых эксплуатационных характеристик. Наличие значительного количества деталей в узлах и механизмах технологического оборудования требует при проектировании прогнозирования прохождения теплового потока через соединения. Многообразие требований к соединению при моделировании контактного термического сопротивления может быть учтено введением в зону контакта псевдослоя. Приведены результаты проверки предложенной регрессионной зависимости изменения температуры при прохождении теплового потока через псевдослой, полученной при учете четырех существенных факторов: толщины псевдослоя, номинального давления, предела текучести материала, расположения зоны фактического контакта. Адекватность указанной регрессионной зависимости проверялась экспериментально и с использованием численного моделирования с применением крупноблочных конечных элементов. Для описания процесса теплообмена в элементах тепловой модели были определены контактные термические сопротивления для нескольких условий распространения теплового потока: от одного конечного элемента к другому в пределах одной детали; от одного конечного элемента к другому, расположенному в соседней детали; прохождения теплового потока через замкнутые полости; распространения теплового потока в окружающую среду для конечных элементов, расположенных на наружном (свободном) контуре детали. Проведенные эксперименты показали хорошее совпадение экспериментальных данных и результатов моделирования. Применение крупноблочных конечных элементов на основе предложенной модели контактного термического сопротивления позволило довести методику конечно-элементного моделирования до инженерного использования без сложного программного обеспечения. 

Проблема повышения эффективности механической обработки в условиях современного автоматизированного производства является актуальной для многих отраслей перерабатывающей промышленности. Данная проблема требует глубокого изучения физических процессов, происходящих при резании. Ее актуальность еще более возрастает с развитием цифрового производства в нашей стране. Сегодня при наличии широкой номенклатуры изделий предприятия вынуждены создавать условия для сокращения технологического цикла при производстве того или иного изделия. Для проведения исследования был поставлен эксперимент, в котором в качестве обрабатываемого материала использовалась углеродистая сталь У8, а в качестве инструментального материала – Т15К6. В ходе проведения эксперимента наблюдали за изменением шероховатости обработанной поверхности в зависимости от скорости резания. В работе рассмотрена возможность оценки качества поверхностного слоя при резании на основе фрактального и нейронносетевого моделирования. Обнаружено, что фрактальная размерность показывает регулярность воспроизведения неровностей на обработанной поверхности при резании. Рассчитанная фрактальная размерность шероховатости обработанной поверхности хорошо коррелирует со значениями шероховатости обработанной поверхности (коэффициент корреляции 0,8–0,9). Разработана структура нейронной сети, позволяющая управлять качеством обработанной поверхности в зависимости от условий резания. Изучена возможность использования нейронносетевых моделей для управления технологическими системами обработки резанием. Предложено при создании цифровых двойников учитывать факторы, влияющие на качество обработанной поверхности и производительность обработки, которые слабо поддаются учету при моделировании, а также при проведении натурных экспериментов в ходе механической обработки. Такими факторами являются износ режущего инструмента, процесс пластической деформации и динамика резания.

Контактная сварка в условиях массового производства выполняется при значительном количестве возмущений, совокупное действие которых может превышать возможности современной аппаратуры управления. Большинство систем управления контактной сваркой, применяемых в промышленности для компенсации действующих возмущений, предусматривает фазовое регулирование сварочного тока в зависимости от измеренных параметров, характеризующих процесс формирования сварного соединения. Эффективность работы таких регуляторов в значительной мере определяется точностью измерения и задания параметров фазового регулирования, к которым относят углы открытия и проводимости сварочных тиристоров. В работе показано, что при включении контактной машины происходит фазовый сдвиг напряжения сети в режиме нагрузки относительно напряжения сети в режиме холостого хода. С использованием упрощенной электрической схемы замещения контактной сварочной машины в работе описана природа фазового сдвига напряжения сети. В качестве паразитных параметров сети выделены активное сопротивление и индуктивность сети. Моделирование электрических процессов в контактной машине выполнено согласно трехконтурной схеме замещения. Показано влияние паразитных параметров сети на стабильность фазового регулирования, особенности получаемых осциллограмм тока и напряжения. В зависимости от параметров сети и контактной сварочной машины, величина фазового сдвига составляет от долей до единиц электрического градуса. При параметрической стабилизации сварочного тока по напряжению сети влиянием паразитных параметров сети можно пренебречь. При работе регулятора в режиме поддержания численного значения вторичного тока наблюдается уменьшение создаваемого тока относительно заданного. Предложена и апробирована методика определения паразитных параметров питающей сети по результатам опыта короткого замыкания.

В настоящее время в аэрокосмической промышленности и авиастроении существует запрос на новые конструкционные материалы, обладающие достаточно высокой механической прочностью, тепловой ползучестью, стойкостью к коррозии и окислению. Обычные сплавы, используемые для этих целей, слишком тяжелы. В то же время альтернативные легкие материалы, такие как сплавы на основе Ti–Al, имеют множество недостатков при производстве традиционными методами. В данной работе рассмотрена возможность получения сплавов на основе Ti–Al методом проволочного электронно-лучевого аддитивного производства (ЭЛАП). Изучены химический и фазовый составы, микроструктура и микротвердость биметаллического сплава Ti–Al, полученного данным методом. Обнаружено образование пяти характерных областей между титановой и алюминиевой частями биметаллической заготовки. Зона смешивания состоит из интерметаллидов TiAl и TiAl₃, что подтверждается исследованием ее микроструктуры, химического и фазового составов. По результатам рентгеновского дифракционного анализа и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии можно предположить, что объемная доля интерметаллида TiAl в зоне смешивания выше, чем доля фазы TiAl₃. Средняя микротвердость зоны смешивания составляет 450 HV (≈4,4 ГПа). В зоне смешивания сформировалась развитая дендритная микроструктура и равномерное распределение фаз без привязки к дендритным и междендритным зонам. Трещины, появляющиеся в этой области, заполняются материалом верхних слоев, поэтому материал беспористый и бездефектный. Это показывает принципиальную возможность получения интерметаллидных сплавов Ti–Al с использованием ЭЛАП.

Магниевые сплавы являются перспективными материалами для использования в авиации, автомобилестроении и медицине, однако, вследствие низкой стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН), область их применения ограничена. Для создания сплавов, обладающих высокой стойкостью к КРН, требуется всестороннее изучение природы этого явления. Ранее было высказано предположение, что важную роль в механизме КРН может играть диффузионно-подвижный водород и продукты коррозии, образующиеся на поверхности магния. Однако вклад каждого из этих факторов в охрупчивание магния и его сплавов, вызванное КРН, мало изучен. Поскольку влияние диффузионно-подвижного водорода на механические свойства металлов усиливается с уменьшением скорости деформирования, актуальной задачей является исследование скоростной чувствительности восприимчивости сплавов магния к КРН. В настоящей работе исследовались технически чистый магний в литом состоянии и сплав AZ31: изучалось влияние скорости деформирования в диапазоне от 5·10⁻⁶ до 5·10⁻⁴ с⁻¹ на механические свойства, состояние боковой поверхности и излома материалов до и после выдержки в коррозионной среде и после удаления продуктов коррозии. Установлено, что предварительная выдержка в коррозионной среде приводит к охрупчиванию сплава AZ31, но не влияет на механические свойства и характер разрушения чистого магния. Обнаружено, что охрупчивание сплава AZ31, вызванное предварительной выдержкой в коррозионной среде, проявляется в полной мере только при низкой скорости деформирования и только в том случае, если на поверхности образцов присутствует слой продуктов коррозии. Показано, что изменение скорости деформирования оказывает незначительное влияние на свойства чистого магния. Сделан вывод о том, что основной причиной охрупчивания сплава AZ31 после выдержки в коррозионной среде является слой продуктов коррозии, который, предположительно, содержит охрупчивающие агенты, такие как водород и остаточная коррозионная среда. 

Благодаря повышенным прочностным свойствам в сравнении с экви­атомным сплавом Cu–50 ат. % Au, нестехиометрический сплав Cu–56 ат. % Au может найти применение не только в стоматологии, но и в качестве коррозионностойкого проводника слабых электрических сигналов для приборостроения. Работа посвящена изучению кинетики фазового превращения беспорядок→порядок в сплаве Cu–56Au, в ходе которого неупорядоченная ГЦК-решетка (А1-фаза) перестраивается в атомно-упорядоченную со сверхструктурой L1₀. Исходное разупорядоченное состояние сплава получали двумя способами: применением пластической деформации на 90 % или закалкой от температуры 600 °С (т. е. из области существования А1-фазы). Отжиги для формирования сверхструктуры L1₀ проводили при температурах 200, 225 и 250 °С. Продолжительность отжигов составляла от 1 ч до 2 мес. В качестве основной методики исследования кинетики превращения беспорядок→порядок была выбрана резистометрия. Получены температурные зависимости удельного электросопротивления сплава в различных структурных состояниях. Построены графики зависимости удельного электросопротивления от логарифма времени отжига, на основе которых проведена оценка скорости образования новой фазы. Для аттестации структурного состояния сплава на различных этапах превращения использовался рентгеноструктурный анализ (РСА). Перестройка кристаллической структуры в ходе превращения показана на примере расщепления пика (200) кубической исходной А1-фазы на два пика – (200) и (002) тетрагональной упорядоченной L1₀-фазы. По данным резистометрии и РСА проведена количественная оценка скорости фазового превращения беспорядок→порядок в исследуемом сплаве. Установлено, что значения доли превращенного объема (резистометрия) и степени дальнего порядка (рентгеноструктурный анализ) близки. Показано, что в температурном интервале 200–250 °С скорость атомного упорядочения по типу L1₀ в нестехиометрическом сплаве Cu–56 ат. % Au максимальна при 250 °С. Установлено, что превращение беспорядок→порядок в исходно закаленных образцах исследованного сплава протекает приблизительно на порядок быстрее по сравнению с предварительно деформированными образцами.

В процессе формирования композиционных покрытий возможно частичное растворение упрочняющих частиц (чаще всего карбидов) в матрице, поэтому в ряде случаев выбор режима создания материала осуществляется с учетом объемной доли первичных, не растворившихся при нанесении покрытий карбидов. Широко используемые в настоящее время методы расчета объемной доли карбидов в структуре композиционных покрытий (ручной точечный метод и программы, реализующие классические методы машинного зрения) имеют ограничения по возможности автоматизации. Ожидается, что выполнение семантической сегментации с использованием сверточных нейронных сетей повысит как производительность процесса, так и точность определения карбидов. В работе проводилась многоклассовая семантическая сегментация, включающая классификацию на изображении пор и областей, не являющихся микроструктурой. Использовались две нейронные сети на основе DeepLab-v3, обученные с разными функциями потерь (IoU Loss и Dice Loss). Исходными данными были изображения различных размеров с электронного и оптического микроскопов, с карбидами сферической и угловатой формы темнее и светлее матрицы, в ряде случаев – с порами и областями, не относящимися к микроструктуре. В работе представлены изображения-маски, состоящие из четырех классов, созданные вручную и двумя обученными нейронными сетями. Показано, что сети распознают поры, области, не относящиеся к микроструктуре, и отлично сегментируют на изображениях карбиды сферической формы, независимо от их цвета относительно матрицы и наличия пор в структуре. Проведено сравнение доли карбидов в микроструктуре покрытий, определенной двумя нейронными сетями и ручным точечным методом. 

Формирование представительных баз данных определяет интерес к прогнозированию и управлению качеством металла на основе раскопок данных с использованием специальных программных продуктов, зачастую основанных на регрессионном анализе и не всегда учитывающих статистическую природу самого объекта исследования. Это может привести к ошибочной трактовке результатов или к неполноте извлекаемой информации, снижая эффективность статистической обработки. На основе анализа производственной базы данных технологии получения листовой стали 13Г1С-У были оценены возможности множественной линейной регрессии для прогноза качества листа. Показано, что глубина прогноза регрессии ограничена видом распределения значений управляющих параметров, характер распределения которых оценивали на основе определения коэффициентов асимметрии и эксцесса. В связи с сильным отклонением прогнозируемых моделей от экспериментальных значений в области правого хвоста распределений значений ударной вязкости, в данной работе были развиты методы разделения массивов данных и предложены критерии сравнения получаемых результатов. Для оценки корректности получаемых результатов из исходной выборки были выделены массивы с заведомо ассиметричным распределением, относительно которых также проведено сравнение статистических характеристик. На основе предлагаемых методов выявлены доминирующие химические элементы, которые вносят вклад в различие распределения значений приемо-сдаточных свойств, существующих в рамках одной и той же штатной технологии. Показано, что предложенный метод разделения может быть использован как вариация приемов когнитивной графики для выделения областей с доминирующим типом зависимости на основе соотношения коэффициентов асимметрии и эксцесса.

Обработка трением с перемешиванием – один из современных методов локального модифицирования поверхности алюминиевых сплавов в твердофазном состоянии, обеспечивающий диспергирование структурных составляющих. В термически упрочняемых алюминиевых сплавах со структурой матричного типа последующая после обработки трением с перемешиванием термообработка может приводить к аномальному росту зерен в зоне перемешивания. Однако в сплавах, структура которых близка к микродуплексному типу, после обработки трением с перемешиванием и термообработки может сформироваться мелкозернистая структура. Работа направлена на оценку возможности повышения термической стабильности микроструктуры алюминиевого сплава АК4-1 (Al–Cu–Mg–Fe–Si–Ni) матричного типа. Для этого в исследуемый сплав обработкой трением с перемешиванием локально замешивался алюминиевый сплав АК12Д (Al–Si–Cu–Ni–Mg) со структурой, близкой к микродуплексному типу. Последующая упрочняющая термообработка проводилась по стандартному режиму для сплава АК4-1. Исследования показали, что зона перемешивания имеет эллиптическую форму со структурой «луковичных колец». Такая структура представляет собой чередующиеся кольца с разным количеством и размером избыточных фаз. При этом в центре зоны перемешивания ширина колец и средняя площадь избыточных фаз больше по сравнению с периферией зоны перемешивания, где ширина колец и средняя площадь частиц меньше. Средняя площадь частиц избыточных фаз в кольцах с бóльшим их содержанием меньше по сравнению с кольцами, где их количество ниже. Такое распределение избыточных фаз приводит к формированию мелкозернистой микроструктуры, средний размер которой зависит от межчастичного расстояния в α-Al твердом растворе.